Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 172
Скачиваний: 1
2.4.ИНЖЕНЕРНЫЙ РАСЧЕТ УМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
Исходные данные для расчета
А.Параметры умножителя:
1)выходная мощность Р^;
2)допустимая нестабильность выходного тока 6/w ;
3)выходная частота / в ы х ;
4)диапазон рабочих температур;
5)напряжение питания Ек.
Б.Параметры транзистора (после выбора типа транзи стора):
1)предельная частота юг;
2) коэффициент усиления по току р о ;
3)сопротивление базы г б ;
4)ток насыщения*' /8 ;
5)крутизна линии критического режима
6)зарядная емкость эмиттера Сэ ;
7)предельные параметры:
а) мощность рассеяния |
РкЛ; |
|
б) напряжение коллектор |
— база и 1 Ш ; |
|
в) напряжение эмиттер-база |
иь5Т1\ |
|
г) импульс тока коллектора |
і к Д . |
|
2.4.1. Выбор типа |
умножителя |
|
Различия в свойствах умножителей с активной и емкост ной обратной связью не носят принципиального характера. Однако при выборе того или иного типа умножителя необ ходимо учитывать следующее.
1. Умножитель с емкостью может работать на более вы соких частотах, чем умножитель с активным сопротивле нием. Практически для первого предельная частота по вы ходу достигает (0,3^-0,4)/т-, а для второго — (0,15-f-0,2)fr.
2.Умножитель с емкостной обратной связью обладает несколько большим коэффициентом усиления по мощности.
3.Умножитель с емкостной обратной связью целесооб разно применять на фиксированной частоте, тогда как ум ножитель с активным сопротивлением можно применять Е диапазоне частот, и, следовательно, он более удобен для унификации.
*' Рекомбинационная составляющая обратного тока |
/ 6 |
изме |
ряется по напряжению на эмиттерном переходе £/Я бі. П Р И |
котором |
|
ток эмиттера равен 1 мА. Ток вычисляется к а к / 6 = е - |
8 6 1 |
(мА). |
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2.1 |
Максимальная мощность умножителя частоты Р^, |
мВт |
||||
Тип транзистора |
Режим удвоения |
Режим утроения |
|||
при |
вк= |
10 В при £ к = 6,3 В при £ к = |
10 В при £ к |
= 6 , 3 В |
|
Умножители с резистивной |
обратной |
связью |
|
||
П403 |
5 |
5 |
3 |
|
3 |
ГТ310 |
5 |
5 |
3 |
|
3 |
ГТ308 |
30 |
30 |
30 |
30 |
|
ГТ311 |
30 |
30 |
30 |
30 |
|
КТ312 |
25 |
15 |
12 |
|
7 |
КТЗО] |
10 |
6 |
5 |
|
5 |
Умножители с емкостной |
обратной связью |
|
|||
П403 |
7 |
7 |
4 |
|
4 |
ГТ310 |
7 |
7 |
4 |
|
4 |
ГТ308 |
50 |
50 |
50 |
40 |
|
ГТ311 |
50 |
50 |
50 |
40 |
|
КТ312 |
40 |
24 |
25 |
15 |
|
КТ301 |
15 |
9 |
8 |
|
5 |
4. В выходном спектре умножителя с активным сопро тивлением последующие гармоники выражены слабее, чем в умножителе с емкостью.
На практике применяют оба типа умножителей.
А. Выбор транзистора. Увеличение рабочей частоты при водит к уменьшению доли высших гармоник в спектре и к уменьшению коэффициента усиления по мощности. Это вынуждает использовать транзисторы с высокими гранич
ными частотами, при которых выполняется условие / в |
ы х < |
|
< (0,15-^-0,2) / т для схемы с резистивной обратной |
свя |
|
зью и / в ы х < |
(0,3-7-0,4) fx для схемы с емкостной обратной |
|
связью. |
|
|
Транзистор выбирают также по предельно допустимым |
||
параметрам: |
мощности рассеяния, напряжениям эмиттер — |
|
база и коллектор—база. В табл. 2.1 сведены ориентировоч ные значения максимальной мощности, обеспечиваемые оте чественными транзисторами в режиме умножения частоты, при которых не превышаются все предельно допустимые па раметры.
Схема включения обычно не принципиальна. По гармо
ническому составу |
импульса коллекторного |
тока схемы |
|
с ОЭ и |
ОБ практически одинаковы, но схема |
с ОЭ из-за |
|
большего |
входного |
сопротивления обеспечивает большее |
|
усиление по мощности, но меньшую стабильность, чем схема с ОБ. Более часто используют схему с ОЭ/
Б. Выбор угла отсечки. Величина угла отсечки опре деляет основные свойства умножителей, поскольку с ней связаны все коэффициенты разложения. Обычно для ум ножителей частоты рекомендуют выбирать угол отсечки так, чтобы обеспечить наилучшие энергетические характе ристики. Однако в транзисторных умножителях при выборе угла отсечки необходимо учитывать, что стабильность вы ходного тока также зависит от этого угла.
-cosЛ |
0,8 |
0,6 0,4 |
0,2 |
-EOS Л |
0,8 |
0,6 |
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Рис. |
2.21. |
Графики |
для ра |
Рис. |
2.22. |
Графики |
для ра |
||
счета |
удвоителя |
с |
активной |
счета |
утроителя с |
активной |
|||
обратной |
связью |
|
(транзистор |
обратной |
связью |
(транзистор |
|||
|
германиевый). |
|
|
германиевый). |
|||||
Из выражений (2.23) и (2.28) можно вычислить неста бильность выходного тока как функцию двух лараметров: напряжения возбуждения и угла отсечки. С помощью се мейства графиков 81N — f(cosi, Uy) (рис. 2.21—2.24) можно определить допустимую зону изменения узла отсечки при выбранном входном напряжении и минимальное напря жение возбуждения, при котором обеспечивается заданная стабильность. Графики построены для германиевых тран
зисторов |
(р — 28) при 67 = 0,2. |
Для кремниевых транзисто |
ров значение нестабильности |
следует увеличить в 1,7 ра |
|
за (р = |
48). |
|
При выборе угла отсечки необходимо учитывать предель
но допустимые параметры транзистора. Из очевидных |
соот |
||
ношений |
|
|
|
*'к макс = IN/&N |
ІК дї |
^ ^вд |
|
следует, что |
|
|
|
«лг > v<N мин = 2PN/UK |
/„д, |
(2.39) |
|
Значения aN и Y(/Yiv для низкочастотного приближения в зависимости от угла отсечки представлены на рис. 2.21— 2.24. Здесь область допустимых значений угла отсечки оп ределяется в соответствии с неравенствами (2.39) и (2.40).
В. Расчет коллекторной цепи. Коллекторную це'пь рассчи тывают без существенных особенностей после определения угла отсечки.
Рис. |
2.23. |
Графики |
для ра- |
Рис. |
2.24. |
Графики |
для ра |
||
счета |
удвоителя |
с |
емкостной |
счета |
утроителя |
с |
емкостной |
||
обратной |
связью |
(транзистор |
обратной |
связью |
(транзистор |
||||
|
германиевый). |
|
германиевый). |
||||||
Амплитуду тока полезной гармоники определяют по заданной выходной мощности:
Напряжение UK на этом этапе можно считать равным (0,6+0,9) Ен. Далее определяют максимальный ток
'к макс = INI&N |
|
и по статической характеристике находят |
значение оста |
точного коллекторного напряжения и и П о с т |
= S K t K М ! Ш С . |
Г. Расчет входной цепи умножителя. Основным при расчете входной цепи является выбор импеданса обратной связи Z0. При выборе величины Z0 необходимо учитывать, что с увеличением сопротивления растет необходимое на пряжение возбуждения, но уменьшается нестабильность
выходного тока.
і аз
Минимальное значение сопротивления обратной связи Определяется двумя соображениями. С одной стороны, оно, очевидно, не может быть меньше Гб/Ро- С другой стороны, минимальное напряжение возбуждения не может быть меньше чем значение, определяемое из графиков рис. 2.21 — 2.24, поскольку в противном случае схема теряет стабиль ность. С этой точки зрения
ZB>VNUJ№VB/IN. |
(2.41) |
Максимальное значение Z3 определится при подстановке в выражение (2.41) наибольшего значения напряжения возбуждения, которое может быть подсчитано как UY =
=иэ5д/к, где k — коэффициент, учитывающий нестабиль
ность источника возбуждения. Обычно принимают k =
=1,44-1,6.
Д.Расчет схемы по постоянному смещению. На этом этапе расчета определяются все элементы цепи смещения. Вначале уточняется напряжение отсечки идеального тран зистора
Л/ ,
Затем находится сопротивление R v . Для схемы с постоян ным углом отсечки в случае резистивной обратной связи из выражения (2.19) при Е0 = Е'
tfr = r0 (2cosVYo+l) . |
(2.42) |
В том же режиме для схемы с емкостной обратной связью
R r можно |
найти из |
уравнения (2.35): |
|
|
|
( о С 0 V cos Л |
J |
Далее определяются |
|
|
|
/?б |
= ( 0 , 0 5 - 0 , 1 5 ) р 0 / ? г ; |
= |
|
R2 |
= R6EJ(EK-E0); |
Я 8 = |
Я г - Д 0 / р „ ; |
ra |
— r0—гб/ро; |
C0 =l/coZg. |
|
Расчет схемы с неизменным постоянным током полно стью аналогичен расчету малосигнального усилителя.
Е. Окончательный и поверочный расчет. В окончатель ном расчете анализируется рассчитанная схема и при необ ходимости уточняются ее параметры. При расчете прини134
